Aktuell / 07.01.2014
UPSCALE: Effiziente CO2-Abscheidung durch Sprühwäsche
Sprühwäscher sind in Kraftwerken schon seit Jahren erfolgreich, um das Rauchgas zu entschwefeln. Nun sollen sie einen weiteren Stoff auswaschen – das klimaschädliche Kohlenstoffdioxid (CO2). Ein Hindernis für die großtechnische CO2-Abscheidung sind bisher hohe Investitionskosten in die Anlagentechnik und ein hoher Energiebedarf für den Betrieb. Die Universität Stuttgart arbeitet aus diesem Grund mit Partnern an einem verbesserten Prozess.
Wie in einer großen Regenwalddusche prasselt das Aminwaschmittel im Sprühwäscher herunter. Von unten strömt das Rauchgas den Tropfen entgegen. Dabei wird das CO2 im Rauchgas vom Aminwaschmittel gebunden und so aus dem Rauchgas gewaschen. Das gereinigte Rauchgas kann dann ohne das klimaschädliche Kohlendioxid an die Umwelt abgegeben werden. Die Technik wird bereits für die Rauchgasentschwefelung genutzt und nun auf die CO2-Abscheidung übertragen.
Stand der Technik in der Industrie ist ein Waschprozess mit Packungskolonnen, deren Einsatz jedoch mit hohem Investitions- und Energiebedarf verbunden ist. Diese zu senken ist das Ziel des Forschungsprojektes „UPSCALE – Effiziente Abtrennung von CO2 aus Kraftwerksrauchgasen mit Hilfe eines Sprühwäschers“. Es wird vom Bundeswirtschaftsministerium innerhalb der COORETEC-Initiative gefördert. Dazu arbeitet das Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik (IFK) der Universität Stuttgart mit dem Anlagenbauer Babcock Noell und den Kraftwerksbetreibern EnBW, Eon und Vattenfall zusammen.
Sprühwäscher unterstützen flexible Fahrweise
Die Idee der Projektpartner ist, einen zusätzlichen Sprühwäscher in die Rauchgasreinigung von Kraftwerken zu integrieren. Sprühwäscher bieten im Vergleich zu Packungskolonnen zahlreiche Vorteile: Zunächst ist ihr Bau wesentlich günstiger zu realisieren, da teure und schwere Einbauten nicht mehr erforderlich sind. Hierdurch sinken die statischen Anforderungen an den Stahlbau und damit die Investitionskosten. Außerdem verursachen Sprühwäscher einen wesentlich niedrigeren Druckverlust als Kolonnen mit Einbauten. Die Arbeit für die Überwindung dieses Druckverlustes leisten Gebläse, deren Energiebedarf die Effizienz des Gesamtprozesses herabsetzt. Der niedrigere Druckverlust wirkt sich damit direkt auf den Wirkungsgrad und die Betriebskosten des Kraftwerks aus.
Ein weiterer Vorteil des Sprühwäscheprozesses ergibt sich aus den zukünftigen Anforderungen an fossil befeuerte Kraftwerke in Folge der Energiewende. Der hohe Stromanteil aus fluktuierenden erneuerbaren Energieträgern im Netz erfordert häufige Laständerungen und zunehmende Teillastfahrweise von konventionellen Kraftwerken. Zu diesen erhöhten Anforderungen an die Kraftwerksflexibilität kann der Sprühwäscheprozess einen Beitrag leisten, da er einen breiteren Leistungsbereich als Packungskolonnen abdeckt.
Im Sprühwäscheprozess ist auch die Flexibilität bezüglich verschiedener Waschmittel größer als bei Kolonnen. Hieraus ergeben sich ebenfalls Potenziale zur weiteren Verbesserung des Prozesses.
Im Projekt baute das Konsortium die Sprühwäscheanlage CASPAR auf und sammelte Betriebserfahrung. Die Anlage ist für 120 Kubikmeter Rauchgas pro Stunde ausgelegt und verfügt über einen dreistufigen Sprühwäscher mit je fünf Metern Sprühzone. Durch die modulare Bauweise und die hohe Flexibilität von CASPAR können mit Kaskadenversuchen, also hintereinander geschalteten Abläufen, beliebig hohe Wäscher erprobt werden. Die Forscher erreichten das Ziel von 90-prozentigen CO2-Abscheideraten für realistische Bauhöhen des Sprühwäschers. Das Projekt, welches Ende des Jahres 2013 auslief, bestätigte die Machbarkeit des Verfahrens. Die Wissenschaftler planen ein Anschlussvorhaben zur weiteren Optimierung und Übertragung der Sprühwäsche auf Großanlagen.
